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单元质检十二近代物理(时间:45分钟满分:100分)一、选择题(本题共7小题,每小题8分,共56分。在每小题给出的四个选项中,第14题只有一项符合题目要求,第57题有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)1.下列说法正确的是()A.汤姆孙发现电子,表明原子具有核式结构B.太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应C.一束光照射到某金属上不能发生光电效应,是因为该束光的波长太短D.按照玻尔理论,氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,电子的动能减小,原子总能量增大答案D解析汤姆孙发现了电子,表明原子是可以分割的,粒子的散射实验表明原子具有核式结构,故A错误。太阳辐射的能量主要来自太阳内部的轻核聚变,故B错误。一束光照射到某金属上不能发生光电效应,是因为该束光的能量值太小,即该光的频率小,波长太长,故C错误。按照玻尔理论,氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,要吸收能量,所以原子总能量增大;由于库仑力提供电子的向心力,可得ke2r2=mv2r,所以电子的动能Ek=12mv2=ke22r,随半径的增大而减小,故D正确。2.下列实验中,深入地揭示了光的粒子性一面的是()答案A解析X射线被石墨散射后部分波长变大,这是康普顿效应,说明光具有粒子性,A正确;阴极射线是实物粒子,衍射图样说明实物粒子具有波动性,B错误;粒子散射实验,说明原子具有核式结构,C错误;氢原子发射的光经三棱镜分光后,呈现线状光谱,与光的粒子性无关,D错误。3.光电效应的实验装置示意图如图所示。用频率为的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应,换用同样频率的强激光照射阴极K,则发生了光电效应;此时,若加上反向电压U,即将阴极K接电源正极,阳极A接电源负极,在KA之间就形成了使光电子减速的电场;逐渐增大U,光电流会逐渐减小,当光电流恰好减小到零时,则所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功,h为普朗克常量,e为电子电荷量)()A.U=he-WeB.U=2he-WeC.U=2h-WD.U=5h2e-We答案B解析同频率的光照射K极,普通光不能使其发生光电效应,而强激光能使其发生光电效应,说明一个电子吸收了多个光子。设吸收的光子个数为n,光电子逸出的最大初动能为Ek,由光电效应方程知Ek=nh-W(n2);光电子逸出后克服电场做功,由动能定理知Ek=eU,联立上述两式得U=nhe-We,当n=2时,即为B选项,其他选项均不可能。4.(2018天津卷)氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线H、H、H和H,都是氢原子中电子从量子数n2的能级跃迁到n=2的能级时发出的光,它们在真空中的波长由长到短,可以判定()A.H对应的前后能级之差最小B.同一介质对H的折射率最大C.同一介质中H的传播速度最大D.用H照射某一金属能发生光电效应,则H也一定能答案A解析能级跃迁时辐射光子的能量E=h=hc,可得光子波长越长,光子频率越低、能量越小,光谱线对应的能级差越小,选项A正确;同一介质对频率最低的H折射率最小,选项B错误;H的波长最短,频率最高,对同一介质的折射率最大,由n=cv可得在同一介质中的传播速度最小,选项C错误;H的波长大于H的波长,故H的频率小于H的频率,故用H照射某金属发生光电效应时,用H照射不一定能发生光电效应,选项D错误。5.根据粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型,图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线,实线表示一个粒子的运动轨迹。在粒子从a运动到b、再运动到c的过程中,下列说法正确的是()A.动能先减小,后增大B.电势能先减小,后增大C.电场力先做负功,后做正功,总功等于零D.加速度先变小,后变大答案AC解析粒子带正电荷,所以原子核对粒子的电场力先做负功后做正功,电势能先增大后减小,电场力先变大后变小,所以加速度先变大后变小。6.以下有关近代物理内容的若干叙述,正确的是()A.紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应,则当增大紫外线的照射强度时,从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大B.有10个放射性元素的原子核,经过一个半衰期一定有5个原子核发生衰变C.氢原子由第三激发态直接跃迁到基态时,会释放频率一定的光子D.质子和中子结合成新原子核释放出能量,一定有质量亏损答案CD解析根据光电效应方程知,光电子的最大初动能Ekmax=h-W0,与入射光的频率有关,与照射光的强度无关,故A错误。半衰期具有统计意义,对大量的原子适用,对个别的原子不适用,故B错误。根据玻尔理论可知,氢原子由较高能级跃迁到较低能级时,要释放一定频率的光子,故C正确。质子和中子结合成新原子核一定有质量亏损,释放出能量,故D正确。7.分别用波长为和2的光照射同一种金属,产生的光电子最大速度之比为21,普朗克常量和真空中光速分别用h和c表示,那么下列说法正确的有()A.该种金属的逸出功为hc3B.该种金属的逸出功为hcC.波长超过2的光都不能使该金属发生光电效应D.波长超过4的光都不能使该金属发生光电效应答案AD解析由h=W0+Ek知hc=W0+12mv12,hc2=W0+12mv22,又v1=2v2,得W0=hc3,A正确,B错误。光的波长小于或等于3时都能使该金属发生光电效应,C错误,D正确。二、非选择题(本题共3小题,共44分)8.(12分)太阳和许多恒星发光是内部核聚变的结果,核反应方程11H+11HabX+10e+e是太阳内部的许多核反应中的一种,其中10e为正电子,e为中微子。(1)确定核反应方程中a、b的值;(2)在质子与质子达到核力作用范围完成核聚变前必须要克服强大的库仑斥力。设质子的质量为m,电子质量相对很小可忽略,中微子质量为零,克服库仑力做功为W。若一个运动的质子与一个速度为零的质子发生上述反应,运动质子速度至少多大?答案(1)12(2)4Wm解析(1)根据核反应的质量数及电荷数守恒可知a=1,b=2。(2)由动量守恒定律得mv0=2mv由能量关系得-W=12(2m)v2-12mv02解得v0=4Wm。9.(16分)已知氢原子基态的电子轨道半径为r1=0.52810-10 m,量子数为n的能级值为En=-13.6n2 eV。(1)求电子在基态轨道上运动的动能。(2)有一群氢原子处于量子数n=3的激发态,画一张能级图,在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几种光谱线?(3)计算这几种光谱线中波长最短的波长。(静电力常量k=9109 Nm2/C2,电子电荷量e=1.610-19 C,普朗克常量h=6.6310-34 Js,真空中光速c=3.00108 m/s)答案(1)13.6 eV(2)见解析(3)1.0310-7 m解析(1)核外电子绕核做匀速圆周运动,静电引力提供向心力,则ke2r12=mv2r1,又知Ek=12mv2故电子在基态轨道的动能为Ek=ke22r1=9109(1.610-19)220.52810-10J=2.1810-18J=13.6eV(2)当n=1时,能级值为E1=-13.612eV=-13.6eV当n=2时,能级值为E2=-13.622eV=-3.4eV当n=3时,能级值为E3=-13.632eV=-1.51eV能发生的能级跃迁分别为32,21,31,所以能发出的谱线共3种,能级图如图所示。(3)由E3向E1跃迁时发出的光子频率最大,波长最短,由h=E3-E1和=c,则有=hcE3-E1=1.0310-7m。10.(16分)卢瑟福用粒子轰击氮核时发现质子,发现质子的核反应方程为714N+24He817O+11H。已知氮核质量为mN=14.007 53 u,氧核质量为mO=17.004 54 u,氦核质量为mHe=4.003 87 u,质子(氢核)质量为mp=1.008 15 u。(已知:1 u相当于931 MeV的能量,结果保留2位有效数字)(1)这一核反应是吸收能量还是放出能量的反应?相应的能量变化为多少?(2)若入射氦核以v=3107 m/s的速度沿两核中心连线方向轰击静止氮核,反应生成的氧核和质子同方向运动,且速度大小之比为150,求氧核的速度大小。答案(1)吸收能量1.2 MeV(2)1.8106 m/s解析(1)由m=mN+mHe-mO-mp得m=-0.00129u。由于核反应后质量增加,所以这一核反应是吸收能量的反应,吸收能量E=|m|c2=0.00129uc2=1.2MeV。(2)该过程满足动量守恒条件,由动量守恒定律可得mHev=mOvO+mpvp又vOvp=150可解得vO=1.8106m/s。
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